不同林分類型土壤不同化感型杉木無性系根際土壤酶活性季節變化

摘要 以杉木化感忍耐型和化感敏感型無性系為材料，以杉木1代林、杉木連栽2代林、杉木連栽3代林以及闊葉林土壤為培養基質，采用盆栽方法，測定了杉木不同化感型無性系根際土壤脲酶、轉化酶、過氧化氫酶及多酚氧化酶活性季節動態變化。結果表明，同一林分類型土壤同一測試時間條件下，杉木化感忍耐型無性系根際土壤脲酶、轉化酶、過氧化氫酶及多酚氧化酶活性均高于化感敏感型無性系；就同一杉木化感型無性系根際土壤酶活性差異而言，同一測試時間下連栽2代林土壤杉木化感忍耐型及化感敏感型無性系根際土壤脲酶、過氧化氫酶活性>1代林土壤>3代林土壤>闊葉林土壤，而多酚氧化酶活性則表現為隨著連栽代數的增多呈逐漸增強趨勢。

關鍵詞 杉木；連載障礙；化感型無性系；酶活性；季節變化

中圖分類號S791.27文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）30-10717-04

基金項目國家自然科學基金項目（31270676）；福建科技重大專項（2012NZ0001）；福建省自然科學基金項目（2011J01069）。

作者簡介曹光球（1974- ），男，福建上杭人，副研究員，博士，碩士生導師，從事森林培育理論與技術等研究。*通訊作者，教授，博士生導師，從事森林培育理論與技術研究。

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國特有樹種，亦是南方最重要速生用材樹種之一，人工林栽植面積已達1 100多萬hm2，蓄積量占商品材的25%。目前大多數杉木人工林是在連栽地上經營，部分林地已進入第3代連栽。長期的林業生產實踐表明，杉木連栽引起林分生態環境惡化、生長量下降等不良后果，引起國內眾多林業專家的長期關注[1-2]。自20世紀90年代林思祖教授首次提出杉木自毒作用以來，杉木自毒作用的研究不斷深入，內容涉及杉木不同器官提取物的生物活性評價、杉木自毒物質鑒定與分類、杉木自毒物質的釋放機理、杉木化感物質活性對環境的響應機制、杉木自毒物質的生理生態作用機制、杉木化感活性物質的生物降解對策等，并取得了一系列研究成果[3-21]。

根際土壤是植物-土壤-微生物及其環境條件相互作用的場所和特殊的微生態系統，同時也是各種養分、水分和有益及有害物質進入根系參與生物鏈物質循環的門戶，對植株生長發育起著至關重要的作用。由于受植物根系吸收和分泌活動影響，根際土壤在物理、化學和生物學特性上是不同于原土體的特殊土壤微區。隨著化感作用研究的深入，部分學者證實根際土壤不僅是植物產生化感作用的媒介，而且化感物質可改變土壤微生物區系，植物化感作用與其根際土壤微生物特性的變化密切相關[22-29]。鑒于此，筆者采用盆栽試驗方法，以不同化感型（化感忍耐型、化感敏感型）杉木無性系為材料，以杉木1代、連栽2代及3代杉木人工林土壤及閩葉林土壤（對照）為培養基質，測定了不同化感型杉木無性系根際土壤關鍵酶活性季節變化，以期為杉木人工林林地的可持續經營以及杉木自毒作用研究提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料不同化感型杉木無性系選用篩選的化感忍耐型杉木無性系和化感敏感型杉木無性系1年生組培苗。杉木人工林1代土、連栽2代土、連栽3代土及闊葉林土壤取自福建省尤溪國有林場，為燕山晚期白云母化中細粒花崗巖發育的紅壤，質地為礫質輕壤土，土壤厚度100 cm以上。每種林分類型設置3個20 m×30 m樣地，在調查林分生長量的基礎上，每個樣地挖一土壤剖面，等量取0～20、20～40及40～60 cm土壤混合作為盆栽土，并測定土壤基本理化性質。林分生長量及土壤基本理化性質見表1。

1.2樣品采集方法選取地徑與苗高均較一致的化感忍耐型杉木無性系和化感敏感型1年生杉木無性系幼苗。采用30 cm×22 cm×28 cm塑質盆缽，每盆裝土7.5 kg，每盆種植1株杉木幼苗，放置于大棚中。大棚保持通風狀態，白天氣溫超過35 ℃時進行適當遮蔭處理。種植后立即用01%濃度的多菌靈噴灑一次，防止病蟲害發生。土壤濕度保持在60%左右。試驗共設8個處理，即1T——杉木1代林土壤杉木化感忍耐型無性系；1S——杉木1代林土壤杉木化感敏感型無性系；2T——連栽2代林土壤杉木化感忍耐型無性系；2S——連栽2代林土壤杉木化感敏感型無性系；3T——連栽3代林土壤杉木化感忍耐型無性系；3S——連栽3代林土壤杉木化感敏感型無性系；BT——闊葉林土壤杉木化感忍耐型無性系；BS——闊葉林土壤杉木化感敏感型無性系。每個處理種植30盆；2011年3月15日種植，2011年6月15日、9月15日、12月15日及2012年3月15日取根際土壤。杉木幼苗根際土壤采用經典抖落法收集。

1.3測定方法脲酶活性采用比色法測定，酶活性以37 ℃下培養24 h后1 g 土釋放的NH3N 的毫克數表示；轉化酶活性采用采用3，5二硝基水楊酸比色法測定，酶活性以24 h后1 g土壤中葡萄糖的質量表示；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，以1 g土壤的0.1 mol/L KMnO4毫升數表示；多酚氧化酶活性采用鄰苯三酚比色法測定，以1 g土壤在1 h內生成的沒食子素的毫克數表示。

1.4數據處理采用Excel、SPSS13.0軟件進行相關分析和方差分析等數據統計。

2結果與分析

2.1不同林分類型土壤不同化感型杉木無性系根際土壤脲酶活性季節變化以杉木1代林、連栽2代林、連栽3代林土壤以及闊葉林土壤為培養基質，不同化感型杉木無性系根際土壤脲酶活性隨季節更替呈現不同的變化趨勢（圖1）。就不同化感型杉木無性系而言，同一培養基質及同一測定時間條件下，化感忍耐型杉木無性系根際土壤脲酶活性高于化感敏感型杉木無性系；2011年6、9、12月及2012年3月1代林化感忍耐型杉木無性系根際土壤脲酶活性與化感敏感型杉木無性系相比分別提高29.65%、34.36%、31.39%及25.48%，連栽2代林化感忍耐型杉木無性系根際土壤脲酶活性與化感敏感型杉木無性系相比分別提高52.79%、5734%、61.75%及40.63%，連栽3代林化感忍耐型杉木無性系根際土壤脲酶活性與化感敏感型杉木無性系相比分別提高37.15%、38.14%、24.77%及29.60%，闊葉林化感忍耐型杉木無性系根際土壤脲酶活性與化感敏感型杉木無性系相比分別提高33.61%、34.90%、34.11%及33.33%。就同一培養基質條件下不同化感型杉木無性系根際土壤脲酶活性差異而言，隨著測試時間變化，其根際土壤脲酶活性呈現不同的變化趨勢；2011年9、12月及2012年3月1代林化感忍耐型杉木無性系根際土壤脲酶活性與2011年6月相比分別增加6.07%、9.31%及5.67%，2011年9月及2011年12月連栽2代林化感忍耐型杉木無性系根際土壤脲酶活性與2011年6月相比分別增加2.74%及10.05%，2012年3月2代林化感忍耐型杉木無性系根際土壤脲酶活性與2011年6月相比增加6.11%，2011年9、12月及2012年3月闊葉林化感忍耐型杉木無性系根際土壤脲酶活性與2011年6月相比則分別降低4.37%、15.80%及10.19%。

2.3不同林分類型土壤不同化感型杉木無性系根際土壤過氧化氫酶活性季節變化由圖3可知，隨著測試時間的變化，不同林分類型土壤不同化感型杉木無性系根際土壤過氧化氫酶活性呈現不同的變化趨勢。就不同化感型杉木無性系而言，同一林分類型森林土壤及同一測試時間段，杉木化感忍耐型無性系根際土壤過氧化氫酶活性與化感敏感型無性系相比均有不同程度的提高；其中1代林土壤2011年6、9、12月及2012年3月杉木化感忍耐型無性系根際土壤過氧化氫酶活性與化感敏感型無性系相比分別提高11.80%、697%、12.57%及10.74%，連栽2代林土壤杉木化感忍耐型無性系根際土壤過氧化氫酶活性與化感敏感型無性系相比分別提高25.20%、20.69%、16.38%及17.50%，連栽3代林土壤杉木化感忍耐型無性系根際土壤過氧化氫酶活性與化感敏感型無性系相比分別提高17.44%、5.12%、39.80%及14.93%，闊葉林土壤杉木化感忍耐型無性系根際土壤過氧化氫酶活性與化感敏感型無性系相比分別提高13.87%、292%、23.08%及19.03%。就同一化感型杉木無性系而言，同一林分類型森林土壤不同測試時間段，杉木化感忍耐型無性系根際土壤過氧化氫酶活性及化感敏感型無性系呈現不同的變化趨勢；以化感敏感型無性系根際土壤過氧化氫酶活性為例，1代林及連栽2代林及闊葉林土壤杉木化感敏感型無性系根際土壤過氧化氫酶活性呈現先降低后上升的趨勢，連代3代林杉木化感敏感型無性系根際土壤過氧化氫酶活性呈現逐漸降低趨勢，其中1代林土壤2011年12月杉木化感敏感型無性系根際土壤過氧化氫酶活性與2011年6、9月及2012年3月相比分別降低31.75%、18.03%及2676%，連栽2代林土壤2011年12月杉木化感敏感型無性系根際土壤過氧化氫酶活性與2011年6、9月及2012年3月相比分別降低28.54%、20.69%及25.18%，連栽3代林土壤2011年6月杉木化感敏感型無性系根際土壤過氧化氫酶活性與2011年9、12月及2012年3月相比分別提高18.95%、75.51%及102.83%。

2.4不同林分類型土壤不同化感型杉木無性系根際土壤多酚氮化酶活性季節變化杉木1 代林、連栽2代林、連栽3代林及闊葉林土壤為培養基質，不同化感型杉木無性系根際土壤多酚氮化酶活性隨不同測試時間變化而呈現出不同的變化規律（圖4）。就杉木不同化感型無性系根際土壤多酚氮化酶活性差異而言，同一林分類型土壤同一測試時間條件下，杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性均高于杉木化感敏感型無性系；就杉木1代林土壤而言，2011年6月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高1885%，2011年9月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高10.56%，2011年12月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高48.56%，2012年3月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高1891%；就杉木連栽2代林土壤而言，2011年6月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高25.49%，2011年9月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高25.14%，2011年12月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高5672%，2012年3月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高21.47%；連栽3代林土壤2011年6月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高2081%，2011年9月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高16.71%，2011年12月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高19.42%，2012年3月杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與杉木化感敏感型無性系相比提高17.14%。就同一化感型無性系根際土壤多酚氮化酶活性差異而言，隨著連栽代數的增多，其根際土壤多酚氮化酶活性呈逐漸上升趨勢，2011年6月連栽3代及連栽2代土壤杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與1代林土壤酶活性相比分別提高30.77%及2059%，2011年9月連栽3代及連栽2代土壤杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與1代林土壤酶活性相比分別提高10.10%及20.52%，2011年12月連栽3代及連栽2代土壤杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與1代林土壤酶活性相比分別提高22.89%及15.11%，2012年3月連栽3代及連栽2代土壤杉木化感忍耐型無性系根際土壤多酚氮化酶活性與1代林土壤酶活性相比分別提高2160%及13.69%。

3討論

土壤酶是土壤重要組成部分，參與土壤中所有的生物化學反應，在物質轉化、能量代謝、污染物降解等過程中發揮重要作用。土壤酶在森林生態系統的物質循環、能量轉化和土壤肥力形成過程中起著重要作用，且與土壤生物、土壤理化性質和環境條件密切相關，成為森林土壤健康生物指標研究中優先考慮的指標之一。隨著化感作用研究的深入，化感物質對受體植物根際微環境以及土壤酶活性的影響等研究內容逐漸成為熱點之一[27-31]。該研究表明，以不同林分類型土壤為培養基質，不同化感型杉木無性系根際土壤土壤脲酶、轉化酶、過氧化氫酶及多酚氧化酶等活性季節變化呈現出不同的變化趨勢。隨著培養時間的延長，杉木1代林土壤不同化感型杉木無性系根際土壤脲酶、轉化酶、過氧化氫酶及多酚氧化酶呈上升趨勢；連栽2代林不同化感型杉木無性系根際土壤脲酶、過氧化氫酶及多酚氧化酶呈上升趨勢，而轉化酶呈下降趨勢；連栽3代林及闊葉林不同化感型杉木無性系根際土壤脲酶、過氧化氫酶及轉化糖酶呈下降趨勢，而多酚氧化酶呈上升趨勢。

杉木連栽引起的地力衰退與土壤酶活性的變化有密切關系。有研究表明，隨著杉木連栽代數的增多，杉木人工林土壤脲酶、轉化酶、過氧化氫酶活性呈逐漸下降趨勢，而多酚氧化酶活性呈逐漸上升趨勢[32-33]。該研究表明，不同化感型杉木無性系根際土壤多酚氧化酶活性隨杉木人工林連栽代數的增加呈上升趨勢，與前人研究結果相同。不同化感型杉木無性系根際土壤土壤脲酶、轉化酶、過氧化氫酶活性則因不同化感型杉木無性系呈現不同的趨勢，總體而言，化感忍耐型杉木無性系根際土壤酶活性大于化感敏感型杉木無性系，連栽2代林土壤杉木化感忍耐型及化感敏感型無性系根際土壤脲酶、過氧化氫酶活性>1代林土壤>連栽3代林土壤>闊葉林土壤，該種變化趨勢應與不同化感型杉木根際分泌物有一定關系，有待于進一步研究驗證。

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